船舶電力系統的設計與研究

曹東 曹力剛 高榮武

【摘 ?要】船舶電力系統在船舶行業(yè)有著舉足輕重的地位，電力系統的穩(wěn)定運行對于船舶行業(yè)的綜合效益有著·直接影響。在新時代的船舶行業(yè)中，發(fā)電站的各種操作手段難度越來越高，對于發(fā)電戰(zhàn)的工作人員地位業(yè)務水平提出了更高的要求，智能化、自動化程度也有了一定的提升。這篇文章對于船舶行業(yè)電力系統發(fā)展歷程等情況進行相關研究和分析。

【關鍵詞】船舶電力系統;管控體系;研究分析

在二十世紀七十年代之后，船舶行業(yè)的電力系統有了更加安全可靠更加科學穩(wěn)定的管控體系。二十世紀八十年代之后，又有了更加精準的微機管控體系。二十世紀九十年代之后，PLC技術的運用加強了管控體系的準確性以及1穩(wěn)定性。而到現在的新時代，以PLC技術為核心的管控體系進過了不斷改進與優(yōu)化，現如今船舶行業(yè)的電力系統已經形成了較為完善的自動化智能化電力管控體系。

一、船舶行業(yè)電力系統概述

船舶的電力系統主要有幾個部分組成，包括：電源裝置、配電裝置、船舶電力網、負載。

1、電源裝置

電源裝置是將其他形式的能量（如：機械能、化學能、核能）轉換成電能的裝置。目前在船上常用的電源有發(fā)電機組和蓄電池。

2、配電裝置

配電裝置主要用于控制、保護、監(jiān)測和分配船舶電源產生的電力，并對船舶正長常航行或應急狀況下

3、船舶電力網

船舶電力網是指向全船供電的電纜與電線組成的饋電系統的總成，其作用是把電源的電能傳輸給全船所有的用電設備。船舶電力網可分為動力電網、照明電網、應急電網、低壓電網和弱電電網等。

4、負載

負載又稱船舶用電設備，是將電能轉變?yōu)闄C械能、光能、熱能和其他形式能的總成可分為以下幾類：如采用電動機拖動的機械設備、艙室機械設備;采用電光源的照明設備、信號設備;采用電加熱的電爐、電灶等設備。

二、船舶電站相關設計

2.1船舶電站概述

船舶電站是整個電力系統的核心，它負擔全船發(fā)、配電的重要任務，電站的好壞直接關系到船舶安全。船舶電站由船舶電源、船舶電力網絡、配電系統設備和電力系統保護設備等組成。

2.2船舶電站自動化的重要性

實現船舶自動化的目的是提高電能的質量，保證供電的安全可靠，改善運行管理人員的勞動強度和勞動條件，并提高船舶運行的經濟性，現代船舶的自動化已經達到相當高的程度。

2.3船舶電站的自動化設計

船舶自動化電站是集自動控制、報警和監(jiān)測于一體化的監(jiān)控系統，涉及到現代控制技術、通訊、信息處理、數字化信息技術、計算機網絡技術等多學科技術。電站自動化系統，它應包含三大部分，即安全保護系統、自動化控制系統和自動檢測報警系統。

船舶自動化設計完成以下功能：

（1）自動啟動任一臺發(fā)電機組。

（2）自動準同步并車。由自動準同步裝置與自動調頻轉載裝置配合工作，將新啟動的機組自動投入電網并聯運行。

（3）自動橫頻及有功功率自動分配。當兩臺機組并聯運行時，自動調頻裝載與原動機調速器配合工作，維護電網恒定頻率。并使兩臺機組按容量成比例分配有功功率。

（4）欲將一臺機組解列時，自動裝置將其負載自動轉移至運行的機組，才接受跳閘指令實現自動解列

（5）自動恒壓及無功功率自動分配。無論單機或是并聯運行，自動勵磁裝置總能保持電壓恒定。同時達到使并聯運行的發(fā)電機組合理分擔無功功率的效果。

（6）自動分級卸載及按程序啟動。當電網超過額定負載時，可自動分一次到兩次卸掉次要負載。當恢復供電時，按負載重要性順序自啟。

（7）集控室有監(jiān)視儀表、信號知識燈、報警設備和轉換開關、人工按鈕等。

2.4船舶電站自動巡回檢測裝置

自動巡回檢測裝置是船舶電站的重要組成部分，它依靠各種傳感器對機艙電站系統的大量參數（電壓、電流、轉速等）連續(xù)且自動的巡回測量、數字顯示、監(jiān)視記錄和報警，并輸出信息，通過計算機等自動化設備完成相關設備的控制運行。

2.5總體控制系統

總體控制系統用來收集來自各柴油機、發(fā)電機、斷路器、匯流排以及各主要負載的必要信息及參數，加以匯總、分析、判斷，以應付電站運行時出現的各種狀況，確保電力系統安全、可靠優(yōu)質、精致的運行。

2.6柴油機自動啟停

現代船舶發(fā)電機大多由柴油機拖動，因此發(fā)電機自動啟停實為發(fā)電機自動啟停。

柴油機啟?？煞譃槿N基本原則：

（1）按時間原則控制，即模仿人的實際操作過程，按時間控制程序。

（2）按速度原則控制，直接按速度擬定控制程序。

（3）按滑油壓力控制，即按照不同轉速時滑油壓力的變化擬定控制程序。

一般采用綜合控方式，即三種控制方式兼而有之。

三、發(fā)展與展望

隨著船舶電工領域，即電力、電子、控制技術、通訊及 信息技術等的不斷發(fā)展及其在船舶上的廣泛應用，船舶電氣自動化程度還將會有一個較大程度的提高。機電一體化使學科界限互相交叉滲透，電力與電子、強電與弱電，更難分難解，人工智能和模糊技術的應用成熟使船舶電氣自動化領域將更加寬廣，必將會對造船和航運業(yè)帶來重大變革。而這些領域是現在已經有了初步成效。

從原始的手動操作到手動遙控操作，在發(fā)展為半自動化控制，現發(fā)展為電站全自動控制的無人值班機艙。自動化水品不斷提高。船舶電站自動化具有安全保護、數據傳輸、自動監(jiān)測及操作控制自動化的優(yōu)勢，船舶電站正以模塊化、標準化、網絡化等方式向船舶電站綜合自動化的高階段發(fā)展。

參考文獻：

[1]趙樹宗，繆春瓊，莫小勇.船舶電力系統的應急發(fā)電機組仿真與優(yōu)化設計[J].艦船科學技術，2019，41（08）：121-123.

[2]潘益玲.基于PLC技術的船舶電力推進系統設計[J].艦船科學技術，2019，41（04）：79-81.

[3]陳新欣.復雜船舶電力網絡系統的優(yōu)化設計[J].艦船科學技術，2018，40（12）：112-114.

（作者單位：渤海造船廠集團有限公司）